地理信息系统-数据模型

浙江大学 地理信息科学专业期末复习资料 数据结构专题，将知识点进行了归纳和整理，帮助学习者理解和记忆。直击重点，可以作为学习笔记和复习资料，帮助大家系统地回顾和巩固所学知识，知识点系统且全面，希望对大家有所帮助！

(一)数据模型

• 数据模型：数据结构+数据操作+完整性约束条件；涉及空间数据管理
• 数据结构：数据表达的物理实现；
• 空间关系：度量、顺序、拓扑（连接、包含、连接多重图层、图幅和图库管理多重图层、图幅和图库管理）
• 空间数据的特殊复杂性：
  • 即表示地物的空间位置和相互关系，又保证一一对应挂联地物的属性数据，数据结构的构建和数据模型的构架需要互相配合。
  • 矢量数据模型：利用点、线和多边形（闭合线）刻画空间对象的轮廓、空间位置和几何关系
  • 二维空间坐标系、几何数据、唯一标识符、属性数据
• 矢量空间数据结构
  • 1) Spaghetti 模型：
    • 面向多边形，把多边形边界看作线的简单闭合。
    • 组织方式：多边形序号；边界点坐标；属性数据
    • 优点：简便，易于实现以多边形为单位的数据组织，数据输入后无需大量编辑整理，方便显示
    • 缺点：多边形公共边界需记录两遍，导致数据冗余；不能表达相邻和包含的拓扑空间关系；公共边界两次输入记录不一致会造成人为间隙。
  • 拓扑
    • 2) 拓扑空间数据结构
      •  线由结点（线的端点或交点）定义
      •  每个多边形由一个外环、若干个内环组成
      •  线有方向，线数据中按线的方向列出它的结点和中间点的坐标序列
      •  多边形的数据只记录线号，设置唯一标签
      •  独立点状地物单独组织
      •  点、线、多边形之间的拓扑关系用属性数据描述
    • 3) 拓扑关系及表达
      •  线拓扑：线与结点（线的起始、终结点）、多边形的邻接关系（线的左右多边形）
      •  结点拓扑：结点上各线的联结关系（交与点的各线线号、±表起止）
      •  多边形拓扑：多边形与边界线的构成、多边形的包含（列出边界线序号、内环用专门编码、±表顺逆时针）
      • 优点：较好的体现了几何关系，便于进行空间分析和操作；数据组织简练干净，基本消除了数据冗余
      • 缺点：由于结构完备，对数据的要求更严格，需要做更多的数据准备和编辑工作，进行一些简单的操作和显示反而不简便。
• 输入方式：
  • 1) 人机交互：计算机键盘和鼠标
  • 2) 现成的矢量结构电子数据
  • 3) 栅格数据的矢量化
  • 4) 手扶跟踪数字化仪输入
• 栅格数据模型及其结构
  • 通过画面上每个像元的明暗或色调来表现空间实体的界限和形态
  • 构成成分：
    • 格网、二维空间坐标系、属性数据和分辨率（像元所代表地面区域线度的大小）、矩阵数组
  • 完全栅格空间数据结构：规整的矩阵数组形式
    • 1) 不同地学应用类型的数据：二值图像（线状和点状空间对象）、分类图像（面状空间对象）、实录型栅格数据（原始世界图像，未抽象简化）
    • 2) 多层栅格数据：每层采用一致的格网，分别表达某一因子属性（多因子综合分析、多波段遥感数据）
  • 压缩的栅格空间数据结构：
    • 1) 游程长度编码、块码：合并相同值像元；
    • 2) 链码：线状空间对象
    • 3) 四叉树编码：变化频繁处高分辨率，少变处低分辨率表达，精确表示图结构，减少存储量；容易解码，未解码也可操作；可以表达多边形的包含关系；对图像要求苛刻；构建四叉树比较费时，某些操作在四叉树下效率不高
  • 栅格数据结构在 GIS 输入和输出上的优势
    • 1) 栅格数据结构用数字矩阵表达，结构简单，适合输入、输出设备的点阵方式实际运作
    • 2) 栅格图像在地学以外的多媒体和互联网等领域的应用比矢量数据更广泛
  • 输入方式：人工输入；矢量栅格化；遥感数据；扫描数字化。
• 其他数据结构
  • 镶嵌数据结构： 格网形状不同；规则镶嵌数据结构、不规则镶嵌数据结构
  • 不规则镶嵌数据结构：不规则三角网（TIN）、泰森多边形（中垂线）
    • 1) 基于不规则的离散样点直接构造，以连续的三角面形成的数字高程模型。
    • 2) 兼具矢量和栅格两种数据结构的特色（格网覆盖、拓扑关系）
    • 3) 优点：
      • 无需内插，保持原始数据精度和可靠性 网格密度随数据密度的变化而变化，更好的反映数据的实际复杂的分布 分辨率内部可变，较少数据冗余
    • 4) 缺点：格网不规则，数据处理和分析更困难；生成网格比较复杂费时；
    • 5) 应用：数字高程模型和地形分析领域
    • 6) 泰森多边形：用于数据内插、接近度分析等
  • 栅格矢量混合结构： 混合应用；实在意义的一体化混合结构；
  • 三维空间数据结构
    • 1) 八叉树数据结构：四叉树三维结构向三维的扩展
    • 2) 三维矢量数据结构：基于二维矢量结构的扩展